uwb无线超宽带系统mac协议的研究及仿真实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 I 摘要超宽带 UWB ( Ultra Wideband )技术不采用载波,而采用纳秒至皮秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,这些脉冲占用的带宽可以高达数 GHz ,最大数据传输速率可以达到数百 Mbit/s 。在高速通信的同时, UWB 设备的发射功率却很小。正是由于 UWB 数据通信方式可以实现高速低功耗,因此它被视为下一代无线通信的关键技术之一。 ECMA-368 是 UWB 技术的标准化协议方案,该协议方案描述了基于分布式架构的媒体访问控制层(Media Access Control , MAC) 的技术细节。作为一种全分布式的 MAC 协议标准, ECMA-368 可以有效地管理和控制设备,为上层提供灵活的数据通信服务,非常适合无中心的高速无线个域网络。论文主要对 UWB 系统的 MAC 协议标准,尤其是媒体访问机制,即“基于预留的分布式信道访问机制”和“基于竞争的分优先级信道访问机制”进行了重点研究。首先,本文讨论了 ECMA-368 标准 MAC 层协议的基本工作原理,包括时间管理、信标机制和数据传输机制等。然后,分别研究了两种数据收发协议——分布式预留协议( Distributed reservation protocol, DRP ) 和优先竞争访问协议( Prioritized contention access, PCA ) 的工作原理并利用 仿真软件分别对 DRP 、 PCA 协议的工作原理进行了仿真。然后,分别提出了 DRP 和 PCA 协议的 FPGA 实现方案,并利用 ModelSim 工具进行了仿真。在论文的最后,提出几点 ECMA-368 协议的不足和课题的下一步的工作方向,并指出了要完整实现 ECMA-368 MAC 协议还需要研究的关键技术。关键词:超宽带技术; MAC ;超帧;分布式预留协议;优先竞争访问协议华中科技大学硕士学位论文 II Abstract The UWB (Ultra Wide Band) technology us es nanosecond to picosecond level non-sine wave narrow pulses to transmite da ta without the carrier . The bandwidth which these pulses occupy can reach GHz level, the maximum data rate can reach 100 Mbit/s level. In high munications howev er, the transmit power of UWB devices is very small. Since the UWB technology can r ealize high speed munication with low power in the same time; it is regarded as one of the key techonologies of the next generation munication. ECMA-368 is the standardiz ation of UWB technology. This protocol describes the technical details of the MAC (Media Access Control) layer which based on distributed architecture. As a distributed protocol, the MAC policies specified in ECMA standard are desirable for high rate and zero - infrast munications among WPAN devices. This paper mainly discussed the MAC protocol of the UWB system, especially the media access methods which based on reserved distributed channel access mechanism and based petitive points priority ch annel access mechanism. First, this paper discussed the basic working principles of the MAC layer of the ECMA – 368 proto